JP2010063783A - Artificial joint structure - Google Patents

Artificial joint structure Download PDF

Info

Publication number
JP2010063783A
JP2010063783A JP2008235110A JP2008235110A JP2010063783A JP 2010063783 A JP2010063783 A JP 2010063783A JP 2008235110 A JP2008235110 A JP 2008235110A JP 2008235110 A JP2008235110 A JP 2008235110A JP 2010063783 A JP2010063783 A JP 2010063783A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
component
load
joint
artificial joint
artificial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008235110A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Matsumoto
秀男 松本
Yoshimori Kiriyama
善守 桐山
Takaaki Seki
隆明 関
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to JP2008235110A priority Critical patent/JP2010063783A/en
Publication of JP2010063783A publication Critical patent/JP2010063783A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/46Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor
    • A61F2/4657Measuring instruments used for implanting artificial joints
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2/38Joints for elbows or knees
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30Joints
    • A61F2002/30001Additional features of subject-matter classified in A61F2/28, A61F2/30 and subgroups thereof

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an artificial joint structure capable of quantitatively and three-dimensionally measuring and evaluating the balance of soft tissues on the inner side and outer side of an artificial joint by converting the operation of replacement of the artificial joint depending on the experience, intuition and subjectivity of an operator to the operation based on objective and highly reliable data. <P>SOLUTION: In the artificial joint structure, a joint in which ends of a first bone and a second bone are combined for the bending and stretching motions is replaced with an artificial joint. The artificial joint includes a first component coupled to the first bone side, and a second component coupled to the second bone side. The first component and the second component are configured to rotate and make joint motions as curved faces of both components are brought into contact with each other. One of the first or second component has a substitute component which can be substituted to be incorporated, and a plurality of sensors for measuring loads applied from the periphery when incorporated are disposed at prescribed positions in the substitute component. At least one triaxial load measuring sensor is included in the plurality of sensors. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は整形外科で用いられる人工関節に係るものであり、より詳細には、膝関節や足関節等を人工のものに置換する施術に用いられる人工関節において、施術中に関節の内側と外側の荷重バランスを整えること、すなわち屈曲位および伸展位での軟部組織の荷重バランスを得ることが容易にできる人工関節の構造に関するものである。   The present invention relates to an artificial joint used in orthopedics, and more specifically, in an artificial joint used in a procedure for replacing a knee joint, an ankle joint, etc. with an artificial one, the inside and outside of the joint during the procedure The present invention relates to a structure of an artificial joint that can easily adjust the load balance of the soft tissue, that is, can easily obtain the load balance of the soft tissue in the bent position and the extended position.

人体には膝関節や足関節などの関節があり、例えば膝関節については、屈曲および伸展位などの運動は大腿骨および脛骨の運動を伴い、大腿骨および脛骨を結ぶ端部では一連の複雑な運動を可能とするように相互に連携した関節接合が形成されている。
なかでも膝関節は、変形性膝関節症、関節リウマチ、骨腫瘍などの疾病や、外傷や損傷を負ったときには、膝部の骨や関節軟骨および靱帯などを損壊劣化させて、膝が機能する能力に大きな影響を与える。
そのため、整形外科の分野においては各種の人工膝関節が開発されており、劣化した膝関節を人工膝関節に置換する人工膝関節置換術が普及している。
The human body has joints such as knee joints and ankle joints. For example, for knee joints, movements such as flexion and extension involve movements of the femur and tibia, and a series of complex at the ends connecting the femur and tibia. Articulated joints are formed so as to allow movement.
In particular, knees function when the knee functions, such as osteoarthritis of the knee, rheumatoid arthritis, bone tumors, and damage to the bones, articular cartilage, and ligaments of the knee when damaged or injured. A big impact on ability.
Therefore, various types of artificial knee joints have been developed in the field of orthopedics, and artificial knee joint replacement for replacing a deteriorated knee joint with an artificial knee joint has become widespread.

劣化した関節を人工膝関節に置換する施術法では、置換された人工膝関節において、その周辺の屈伸を制御する内外側側副靱帯などの軟部組織が、適正な荷重バランスを獲得しているか否かの判断は、大変に重要なことである。
置換された人工膝関節は、生体の膝関節の動きと同等な動きをする必要があり、人工膝関節置換施術の技法において、内側と外側のバランスを整えること、つまり、屈曲位と伸展位での軟部組織の荷重バランスを得ることは、施術後の良好な可動域と安定性を獲得するために大変重要なことである。
In the treatment method that replaces a deteriorated joint with an artificial knee joint, whether or not the soft tissue such as the medial and external collateral ligaments that control bending and stretching around the replaced artificial knee joint has acquired an appropriate load balance This judgment is very important.
The replacement knee prosthesis needs to move in the same way as that of the living knee joint, and in the technique of knee replacement, the inner and outer balance must be adjusted, that is, in flexion and extension positions. Obtaining a soft tissue load balance is very important to obtain good range of motion and stability after treatment.

人工膝関節の置換施術は、人工膝関節の形状、大きさ、動作などに合わせて、人体の関節を切除して調整したり、人工膝関節側を切除して調整したりするのであるが、そのような置換施術においては、「大腿骨−人工膝関節−脛骨」間の機械的な調整、内側と外側の軟部組織の荷重バランスの調整などの処置のすべてが、術者の技量、経験、主観などに委ねられている。
したがって、置換術が施された患者の人工膝関節は、内側と外側の軟部組織の荷重バランスの調整がうまくとれず、生体膝関節のように柔軟でスムーズな関節運動が確保することができない、という問題が起こることがある。
Artificial knee joint replacement is performed by excising and adjusting the joint of the human body according to the shape, size, movement, etc. of the artificial knee joint, or by excising and adjusting the artificial knee joint side. In such a replacement operation, all of the procedures such as mechanical adjustment between “femur-artificial knee joint-tibia” and adjustment of the load balance between the inner and outer soft tissues are performed by the operator's skill, experience, It is left to subjectivity.
Therefore, the artificial knee joint of the patient who has undergone replacement cannot adjust the load balance between the inner and outer soft tissues well, and cannot secure a flexible and smooth joint movement like a living knee joint, May occur.

このため、置換施術では、施術中に周辺の内側と外側の軟部組織の荷重バランスを計測し、これが適正であるならば、置換が成功する可能性はきわめて高いといえる。
人工膝関節が適正な内外側の荷重バランスを獲得しているならば、適正なアライメントや屈曲角の確保などの良好な臨床成績が得られ、人体内での人工膝関節の理想的なパーフォーマンスを期待でき、結果として、人工膝関節自体の耐久性を高めることができる。
For this reason, in the replacement operation, the load balance between the surrounding inner and outer soft tissues is measured during the operation, and if this is appropriate, the possibility of successful replacement is extremely high.
If the knee prosthesis has a proper internal / external load balance, good clinical results such as proper alignment and bend angle can be obtained, and ideal performance of the knee prosthesis in the human body. As a result, the durability of the artificial knee joint itself can be enhanced.

このように、関節の置換施術において内外側の荷重バランスの調整を行うことは大変重要なことではあるが、従来の技術では内外側の荷重バランスを精密に測定をして、それに基づいて調整しながら施術することは容易ではなかったし、その測定や確認は、施術者または執刀医の主観に頼っているところが大きかった。
また、たとえ測定できたとしても、1軸方向の荷重データが得られるだけであったので、それでは実際の人体のような立体的で精密な測定が不可能であり、これらのデータを基に置換施術において膝関節部位を調整しても、元の生体膝関節のようなスムーズな関節運動が確保できるかどうか不明であった。
In this way, it is very important to adjust the inner and outer load balance in the joint replacement procedure, but in the conventional technology, the inner and outer load balance is precisely measured and adjusted based on it. However, it was not easy to perform the operation, and the measurement and confirmation largely depended on the subjectivity of the practitioner or the surgeon.
In addition, even if it could be measured, only load data in one axial direction could be obtained, so that it was impossible to make a three-dimensional and precise measurement like an actual human body, and replacement was based on these data. Even if the knee joint part was adjusted during the procedure, it was unclear whether smooth joint movement like the original living knee joint could be secured.

本発明の技術分野に係わる文献としては、例えば次のようなものがある。
特開2008−62030号公報 特表2007−520317号公報
Examples of documents related to the technical field of the present invention include the following.
JP 2008-62030 A JP-T-2007-520317

本発明では、人工関節の置換施術において、従来のような施術者や執刀医の経験、勘、主観などに頼る施術から、客観的で信頼性の高いデータに基づく施術へと変換させ、人工関節の内側と外側の軟部組織の荷重バランスを定量的で3次元的に測定して評価できる人工関節構造を提供することを目的としている。   In the present invention, in the replacement operation of the artificial joint, it is converted from the conventional operation depending on the experience, intuition, subjectivity, etc. of the practitioner and the surgeon to the operation based on objective and reliable data, It is an object of the present invention to provide an artificial joint structure capable of quantitatively measuring and evaluating the load balance between the soft tissue on the inside and outside of the body in a three-dimensional manner.

(1)第1の骨と第2の骨の端部が組み合わされて屈曲および伸長運動を行う関節部が、人工関節に置換されて構成される人工関節構造において、
前記第1の骨の側に連結される第1コンポーネントと、
前記第2の骨の側に連結される第2コンポーネントと、を備え、
前記第1コンポーネントと第2コンポーネントとは、双方の湾曲面同士が接触して回動し、関節動作を行うように構成され、
前記第1コンポーネントまたは第2コンポーネントの一方は、代替して組み込むための代替コンポーネントと置換可能な構成を備え、
前記代替コンポーネントの所定位置には、組み込まれたときに周囲から受ける荷重を測定するためのセンサを複数配設し、
前記複数のセンサは、少なくとも1つの3軸型荷重測定用センサを含んで構成される。
(1) In an artificial joint structure in which the joint portion that performs bending and extension motions by combining the ends of the first bone and the second bone is replaced with an artificial joint,
A first component coupled to the first bone side;
A second component coupled to the side of the second bone,
The first component and the second component are configured such that both curved surfaces come into contact with each other and rotate to perform a joint operation,
One of the first component or the second component comprises a configuration that can be replaced with an alternative component for alternative incorporation;
In a predetermined position of the substitute component, a plurality of sensors for measuring the load received from the surroundings when installed are arranged,
The plurality of sensors includes at least one triaxial load measuring sensor.

また、(1)の人工関節構造において、
前記複数個のセンサは、3軸型荷重測定用センサと1軸型荷重測定用センサとの組み合わせから構成されてもよい。
また、(1)の人工関節構造において、
前記複数個の前記センサは、すべて3軸型荷重測定用センサから構成されてもよい。
In the artificial joint structure (1),
The plurality of sensors may be composed of a combination of a triaxial load measuring sensor and a uniaxial load measuring sensor.
In the artificial joint structure (1),
The plurality of sensors may all be constituted by triaxial load measuring sensors.

(2)大腿骨と脛骨の両端部が半月板を挟んで組み合わされて膝の屈曲および伸長運動を行う膝の関節部が、人工関節に置換されて構成される人工関節構造において、
前記大腿骨の側に連結される第1コンポーネントと、
前記脛骨の側に連結される第2コンポーネントと、を備え、
前記第1コンポーネントは第1湾曲面(凸面)を、前記第2コンポーネントは第2湾曲面(凹面)を有して、双方の湾曲同士が接触して回動し、膝の関節動作を行うように構成され、
前記第2コンポーネントは、代替して組み込むための代替コンポーネントと置換可能な構成を備え、
前記関節部は、前記大腿骨に結合された大腿四頭筋腱と、前記脛骨に結合された膝蓋腱と、その間の膝蓋骨と、を有し、
前記代替コンポーネントの所定位置には、組み込まれたときに周囲から受ける荷重を測定するために、少なくとも1つの3軸型荷重測定用センサを含む複数の荷重測定用センサを配設する。
(2)の人工関節構造において、
前記膝蓋骨にも、周囲から受ける荷重を測定するための荷重測定用センサを配設してもよい。
(2) In an artificial joint structure in which both ends of the femur and tibia are combined with the meniscus sandwiched to perform knee flexion and extension movement, and the knee joint is replaced with an artificial joint,
A first component coupled to the side of the femur;
A second component coupled to the side of the tibia,
The first component has a first curved surface (convex surface), and the second component has a second curved surface (concave surface), so that both the curves are in contact with each other and rotate to perform a knee joint operation. Composed of
The second component comprises a configuration that can be replaced with an alternative component for alternative incorporation;
The joint includes a quadriceps tendon coupled to the femur, a patella tendon coupled to the tibia, and a patella therebetween.
A plurality of load measuring sensors including at least one triaxial load measuring sensor is disposed at a predetermined position of the substitute component in order to measure a load received from the surroundings when it is assembled.
In the artificial joint structure of (2),
A load measuring sensor for measuring a load received from the surroundings may be disposed on the patella.

また、(2)の人工関節構造において、
前記代替コンポーネントの複数個のセンサは、3軸型荷重測定用のセンサと1軸型荷重測定用のセンサとの組みせから構成されていてもよいし、また、すべて3軸型荷重測定用のセンサから構成されていてもよい。
また、前記膝蓋骨に配設されるセンサは、1軸型荷重測定用のセンサから構成されることができるが、3軸型荷重測定用のセンサから構成されるのがより好ましい。
In the artificial joint structure (2),
The plurality of sensors of the alternative component may be composed of a combination of a sensor for measuring a triaxial load and a sensor for measuring a monoaxial load, or all of the sensors for measuring a triaxial load. You may be comprised from the sensor.
The sensor disposed on the patella can be composed of a sensor for measuring a uniaxial load, but is more preferably composed of a sensor for measuring a triaxial load.

本発明は、人工関節の置換施術において、3軸型荷重測定用センサを用いて周辺の内外側の荷重バランスを3次元的に測定することができ、また複数の位置での計測値を組み合わせてトータル的に正確な荷重バランスの判断が可能となる。
この内外側の荷重バランスの値を3軸型荷重測定用センサを含む荷重測定用センサによって多面な位置から測定し、この値が適正か不適正であるかを置換施術の場においてその都度調整して確認することができ、内外側荷重バランスを含む人工関節の置換施術を、効率良く進めることができる。
According to the present invention, in the replacement operation of an artificial joint, it is possible to measure the load balance between the inside and outside of the periphery three-dimensionally using a sensor for measuring a three-axis load, and to combine measured values at a plurality of positions. Totally accurate load balance can be determined.
The load balance value between the inside and outside is measured from multiple positions using a load measuring sensor including a triaxial load measuring sensor, and whether this value is appropriate or incorrect is adjusted each time in the replacement procedure. The replacement treatment of the artificial joint including the inner / outer load balance can be efficiently advanced.

内外側の荷重バランスの適正を確保することにより、施術後の人体内での人工関節の良好な運動機能を期待することができ、結果として人工関節自体の機能や耐久性も高めることができる。
従来のように、施術者の主観に頼る施術から、客観的なデータに基づく施術へと変換されることとなり、施術者の腕前、熟練度、経験、勘などに差異があったとしても、信頼性や安定性を一定に保持した人工関節の置換施術を実施することができる。
By ensuring the appropriate balance between the inner and outer loads, it is possible to expect a good motion function of the artificial joint in the human body after the treatment, and as a result, the function and durability of the artificial joint itself can be improved.
As before, it will be converted from a procedure that relies on the subjectivity of the practitioner to a procedure based on objective data, and even if there are differences in the practitioner's skill, skill, experience, intuition, etc. It is possible to perform a replacement operation for an artificial joint that maintains a certain level of stability and stability.

本発明では、実際に人工関節を組み込んだと同じ状態で、内外側のバランスを三次元データを含む荷重値として獲得することができ、正確で信頼性の高いデータに基づき、個人差の少ない定量的で客観的なバランス評価が可能になる。
なお、本発明による人工関節構造は、膝関節に限られるものではなく、肘関節、足関節、手首関節といった別の関節にも容易に適用することができる。
In the present invention, the balance between the inside and outside can be obtained as a load value including three-dimensional data in the same state as when an artificial joint is actually incorporated, and based on accurate and reliable data, quantification with little individual difference Objective and objective balance evaluation becomes possible.
The artificial joint structure according to the present invention is not limited to the knee joint, and can be easily applied to other joints such as an elbow joint, an ankle joint, and a wrist joint.

さて、本発明による人工関節構造の実施の形態について、添付の図1〜12を用いて説明する。
図12は、人体の膝関節の構造を示す説明図である。ここで、大腿骨30と脛骨40のそれぞれの端部の端面が半月板62を介して合わせられて当接され、正面側にある「大腿四頭筋腱50−膝蓋骨51−膝蓋腱52」と、両側面側にある2つの「側副靭帯60、61」とが、大腿骨30と脛骨40の側面に接合され、大腿骨30と脛骨40の両端部が半月板62を挟んで一体的に組み合わされ、膝の屈曲および伸展運動を行う膝関節部が構成されている。
Now, an embodiment of an artificial joint structure according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the structure of the knee joint of the human body. Here, the end surfaces of the respective ends of the femur 30 and the tibia 40 are brought into contact with each other via the meniscus 62 and are in contact with each other, “quadriceps tendon 50-patella 51-patella tendon 52” on the front side. The two “collateral ligaments 60, 61” on both sides are joined to the side surfaces of the femur 30 and the tibia 40, and both ends of the femur 30 and the tibia 40 are integrated with the meniscus 62 interposed therebetween. Combined, a knee joint portion for performing knee flexion and extension motions is configured.

図1と図2は人工関節を膝関節に適用した例を示す図で、図1は膝の側面から見たときの人工関節構造100、図2は膝を裏面から見たときの人工関節構造100である。
この図1では、「大腿四頭筋腱50−膝蓋骨51−膝蓋腱52」は示されているが、「側副靭帯60、61」は省略している。
人工関節構造100では、大腿骨30に合わせて連結接合される大腿骨側コンポーネント10と、脛骨40に合わせて連結接合される脛骨側コンポーネント20と、を備えて、大腿骨側コンポーネント10と脛骨側コンポーネント20とが接触して相互に回動し、関節動作を行うことができる。
1 and 2 are diagrams showing an example in which an artificial joint is applied to a knee joint. FIG. 1 shows an artificial joint structure 100 when viewed from the side of the knee, and FIG. 2 shows an artificial joint structure when the knee is viewed from the back. 100.
In FIG. 1, "quadriceps tendon 50-patella 51-patellar tendon 52" is shown, but "collateral ligaments 60 and 61" are omitted.
The artificial joint structure 100 includes a femoral component 10 connected and joined to the femur 30, and a tibial component 20 joined and joined to the tibia 40, and the femoral component 10 and the tibial side are provided. The components 20 can come into contact with each other and rotate together to perform joint motion.

図1と図2において、大腿骨30の下向きの端部形状は大腿骨側コンポーネント10の上向きの内部形状に合わせられて両者が一体的に組み合わされており、また、脛骨側40の上向きの端部形状は脛骨側コンポーネント20の下向きの内部形状に合わせられ、同様に両者が一体的に組み合わせられている。
ここで、大腿骨側コンポーネント10は下向きの湾曲凸面f1を有し、脛骨側コンポーネント20は上向きの湾曲凹面f2を有しており、双方の湾曲面f1とf2の接触する部位においてはその曲率が略等しく構成され、双方の湾曲面同士f1−f2が接触して相互に回動して、膝の関節動作を行う構成となっている。
1 and 2, the downward end shape of the femur 30 is matched to the upward internal shape of the femoral component 10 so that they are combined together, and the upward end of the tibial side 40 is combined. The shape of the part is matched with the downward internal shape of the tibial component 20, and the two are similarly combined together.
Here, the femoral component 10 has a downwardly curved convex surface f1, and the tibial component 20 has an upwardly curved concave surface f2, and the curvature is in a region where both curved surfaces f1 and f2 are in contact with each other. The two curved surfaces f1-f2 are in contact with each other and are rotated with each other to perform a knee joint operation.

つぎに図3を用いて、大腿骨側コンポーネント10と、脛骨側コンポーネント20との構造について説明する。
大腿骨側コンポーネント10は、チタン合金、クロムモリブデン合金或いは医療用セラミクスなどの生体適合材料から構成され、全体的には外形が略C形や半円形のような立体形状を成して、下向きの面として脛骨側コンポーネント20に当接する湾曲凸面f1が形成されている。
また、大腿骨側コンポーネント10の上面側は、施術によって端部が切削形成された大腿骨30の形状に合致してそこで接合される形状となっており、大腿骨30の下向き端部に挿入されて係合されるための係止突起部k1とk2とを有する。
Next, the structure of the femoral component 10 and the tibial component 20 will be described with reference to FIG.
The femoral component 10 is made of a biocompatible material such as a titanium alloy, a chromium molybdenum alloy, or a medical ceramics. The outer shape generally forms a three-dimensional shape such as a substantially C shape or a semicircular shape, and faces downward. A curved convex surface f1 that contacts the tibial component 20 is formed as a surface.
In addition, the upper surface side of the femoral component 10 has a shape that matches the shape of the femur 30 whose end has been cut and formed by the treatment and is joined there, and is inserted into the downward end of the femur 30. Locking projections k1 and k2 for engaging with each other.

この大腿骨コンポーネント10は大腿骨30に装着される部材であり、大腿骨30の端部を大腿骨コンポーネント10の上側面の形状に合わせて骨を切り、大腿骨30のその骨切面を上側内面に密着させて装着する。このとき、上面からペグ状の係止突起部k1とk2を突出させて挿入することにより、大腿骨コンポーネント10と大腿骨30との接合の固着性を高めることができる。   The femoral component 10 is a member that is attached to the femur 30, cuts the bone by matching the end of the femur 30 with the shape of the upper side of the femoral component 10, and the osteotomy surface of the femur 30 is the upper inner surface. Install it in close contact with. At this time, by fixing the peg-like locking projections k1 and k2 from the upper surface and inserting them, it is possible to improve the adhesion of the femoral component 10 and the femur 30.

脛骨コンポーネント20は、大腿骨コンポーネント10を受ける関節面プレートAと、脛骨10の上端に装着されて関節面プレートAを支持する基体プレートBとからなる。
このうち、関節面プレートAは、金属と摩擦に対して相性のよい超高分子量ポリエチレン等の医療用樹脂材から構成され、大腿骨コンポーネント10の湾曲凸面f1を当接させて保持するために、上面には湾曲凹面f2を有している。
The tibial component 20 includes an articular surface plate A that receives the femoral component 10 and a base plate B that is attached to the upper end of the tibia 10 and supports the articular surface plate A.
Among these, the joint surface plate A is made of a medical resin material such as ultrahigh molecular weight polyethylene that is compatible with metal and friction, and in order to hold the curved convex surface f1 of the femoral component 10 in contact with it, The upper surface has a curved concave surface f2.

また、関節面プレートAの裏面は、平坦な面を形成して基体プレートBに載置されて係合される形状となっており、このとき、位置がずれたりしないように、基体プレートBの側にも関節面プレートAの裏面を受け入れるために所定の係合構造を設けている。
そして、大腿骨コンポーネント10との位置規定や相互移動時の整合性を高めるために、上面中央に基体プレートAの突設部t1を設けて、これを大腿骨コンポーネント10の通し穴T2に挿通して、所定の位置に配設されるように構成されている。
In addition, the back surface of the joint surface plate A is formed into a flat surface so as to be placed on and engaged with the base plate B. At this time, the base plate B is not misaligned. A predetermined engagement structure is provided on the side to receive the back surface of the joint surface plate A.
Then, in order to improve the position definition with the femoral component 10 and the consistency at the time of mutual movement, a protruding portion t1 of the base plate A is provided at the center of the upper surface, and this is inserted into the through hole T2 of the femoral component 10. Thus, it is configured to be disposed at a predetermined position.

基体プレートBは、同じく生体適合金属で構成されており、その上面の形状が関節面プレートAに合わされて係合され、これを保持する構造となっている。この基体プレートBの脛骨40に対する装着も、大腿骨コンポーネント10と同様であり、脛骨10の上方端部を平にして骨切りをして、基体プレートBの下面をそれに合わせた形状としている。そして、脛骨10との接合性を高めるために、基体プレートBの裏面には係合突起部t2を突設しておき、これを脛骨10の内部に突入させて係合させ、相互の位置を固定させている。   The base plate B is also made of a biocompatible metal, and has a structure in which the shape of the upper surface thereof is engaged with and engaged with the joint surface plate A. The mounting of the base plate B to the tibia 40 is the same as that of the femoral component 10, and the upper end of the tibia 10 is flattened to cut the bone, and the lower surface of the base plate B is shaped to match it. Then, in order to improve the bondability with the tibia 10, an engagement protrusion t <b> 2 is provided on the back surface of the base plate B, and this is protruded into the inside of the tibia 10 to be engaged with each other. It is fixed.

図4(1)は、脛骨側コンポーネント20を示す外観斜視図であり、次の図4(2)は図4(1)の前後を反転させた位置における外観斜視図である。
脛骨側コンポーネント20は、図2に示した関節面プレートAの下面と基体プレートBの上面とを組み合わせて係合させ、一体的部材として構成したものである。この脛骨側コンポーネント20の上面には大腿骨コンポーネント10の内部の所定位置に挿通して配設される突設部t1を、また、下面には脛骨側コンポーネント20の上方端面に接合される突設部t2を備えている。
4 (1) is an external perspective view showing the tibial component 20, and the next FIG. 4 (2) is an external perspective view in a position where the front and rear of FIG. 4 (1) are reversed.
The tibial component 20 is configured as an integral member by engaging the lower surface of the joint surface plate A and the upper surface of the base plate B shown in FIG. A projecting portion t1 is provided on the upper surface of the tibial component 20 so as to be inserted into a predetermined position inside the femoral component 10, and a projecting portion joined to the upper end surface of the tibial component 20 on the lower surface. A portion t2 is provided.

ところで、これらの大腿骨コンポーネント10と脛骨コンポーネント20とを含む人工膝関節を膝関節に置換した場合、その屈曲、伸展及び回旋などの動作には、生体膝関節と同様に靱帯群に大きく影響されることになる。
図1および図2において、屈伸及び回旋動作に際して膝関節の安定性に関与する主な靱帯群としては、膝の内側の上下にあって大腿骨30と脛骨40とに連結する内側副靱帯61と、膝の外側の上下にあってやはり大腿骨30と脛骨40とに連結する外側側副靱帯60とがあり、また、前面にあって大腿骨30に連結する大腿四頭筋50から膝蓋骨51を経由して脛骨40に連結する膝蓋腱52、その後方に存在する座骨下腿筋(図示せず)等がある。
By the way, when the artificial knee joint including the femoral component 10 and the tibial component 20 is replaced with a knee joint, its flexion, extension, rotation, and the like are greatly influenced by the ligament group like the living knee joint. Will be.
In FIG. 1 and FIG. 2, the main ligament groups involved in the stability of the knee joint during flexion and rotation operations are an inner collateral ligament 61 that is connected to the femur 30 and the tibia 40 above and below the knee. There is an outer collateral ligament 60 that is connected to the femur 30 and the tibia 40 on the upper and lower sides of the knee, and the patella 51 is connected to the patella 51 from the quadriceps 50 that is on the front surface and connected to the femur 30. There are a patella tendon 52 connected to the tibia 40 via, a sciatic leg muscle (not shown) existing behind the patella tendon.

図5(1)(2)は代替コンポーネント80を示す図である。代替コンポーネント80は脛骨コンポーネント20に代替して組み込むための置換可能な構成を備えており、図4(1)の外観斜視図は、図3(2)に示した脛骨コンポーネント20に対応する図である。
この代替コンポーネント80は、脛骨コンポーネント20と同様に、ふたつのプレート部材の81と82を組み合わせた構造からなり、プレート部材の81と82の間の所定位置には、周囲から受ける荷重を測定するために、少なくとも1つの3軸型荷重測定用センサを含む複数の荷重測定用センサを配設している。
FIGS. 5A and 5B are diagrams showing an alternative component 80. FIG. The substitute component 80 has a replaceable configuration for being incorporated in place of the tibial component 20, and the external perspective view of FIG. 4 (1) is a view corresponding to the tibial component 20 shown in FIG. 3 (2). is there.
Like the tibial component 20, this alternative component 80 has a structure in which two plate members 81 and 82 are combined, and a predetermined position between the plate members 81 and 82 is used to measure a load received from the surroundings. In addition, a plurality of load measuring sensors including at least one triaxial load measuring sensor are disposed.

図5の代替コンポーネント80の外側の上面F2の形状は、図4の部材Aと部材Bとを組み合わせた脛骨コンポーネント20の湾曲凹面f2と同等なものとする必要があるが、大腿骨コンポーネント10の湾曲凸面f1と直接当接にしない部位は、荷重測定に影響しないので省略することができる。
この図5では、図4の突設部t1は湾曲凸面f1と直接当接しない部位なので省略することができ、また突設部t2も省略してよい。
こうして、図5の代替コンポーネント80は、荷重測定に関わらない突起部分などは省略して、できる凹凸の少ない簡素な構造にしているので、膝関節の置換施術において、脛骨コンポーネント20の代わりにこの代替コンポーネント80を挿入する作業性を容易にすることができる。
The shape of the outer upper surface F2 of the alternative component 80 of FIG. 5 should be equivalent to the curved concave surface f2 of the tibial component 20 that combines the members A and B of FIG. A portion that is not in direct contact with the curved convex surface f1 can be omitted because it does not affect the load measurement.
In FIG. 5, the protruding portion t1 of FIG. 4 can be omitted because it is a portion that does not directly contact the curved convex surface f1, and the protruding portion t2 may also be omitted.
Thus, the alternative component 80 shown in FIG. 5 has a simple structure with few irregularities by omitting protrusions that are not related to load measurement. Therefore, in the knee joint replacement operation, this alternative component 80 is used instead of the tibial component 20. Workability for inserting the component 80 can be facilitated.

本発明の人工関節構造は、置換しようとする人工関節を実際に関節に装着したとき、靱帯群がどのようなバランスを発揮するかを定量的に荷重測定するセンサを備えるものであり、図5(2)に示すように代替コンポーネント80のプレート部材の81と82との間の所定位置には、組み込まれたときの周囲から受ける荷重を測定するために、5個のセンサS1〜S5を備えており、そのうちの中央のセンサS5は3軸型荷重測定用センサで構成している。   The artificial joint structure of the present invention includes a sensor that quantitatively measures the load of the ligament group when the artificial joint to be replaced is actually attached to the joint. As shown in (2), five sensors S1 to S5 are provided at predetermined positions between the plate members 81 and 82 of the alternative component 80 in order to measure the load received from the surroundings when assembled. Among them, the center sensor S5 is constituted by a triaxial load measuring sensor.

図6は、代替コンポーネント80のプレート部材82上に、荷重を測定するための5個のセンサS1〜S5を配列して配置した図であり、そのうちの中央のセンサS5は3軸型荷重測定用センサ、両側に並列配置されたセンサS1〜S4は1軸型荷重測定用センサで構成している。
このプレート部材82に配設された荷重測定用センサS1〜S5は、荷重が測定できるものであれば、どのような原理のものでもよく、例えば、荷重の大小を電気量として出力する歪計ならば、一般的で取り扱い易く、本発明にも適用しやすい。
FIG. 6 is a diagram in which five sensors S1 to S5 for measuring the load are arranged on the plate member 82 of the alternative component 80, and the center sensor S5 is for triaxial load measurement. The sensors S1 to S4 arranged in parallel on both sides are constituted by uniaxial load measuring sensors.
The load measuring sensors S1 to S5 disposed on the plate member 82 may be of any principle as long as the load can be measured. For example, if the strain meter outputs the magnitude of the load as an electric quantity, For example, it is general and easy to handle, and is easy to apply to the present invention.

図6は、プレート部材82に配設されたセンサS1〜S5の一例を示す平面図と側面図であり、その表面に3軸型荷重測定用のセンサS5を中心にして、大腿骨コンポーネント10の左右の湾曲凸面f1と当接する位置の前後方向に、右側に「センサS2(前側)−センサS1(後ろ側)」、左側に「センサS4(前側)−センサS3(後ろ側)」として左右2個ずつ、計5個を組み込んだものを示している。   FIG. 6 is a plan view and a side view showing an example of the sensors S1 to S5 disposed on the plate member 82, and the femoral component 10 is centered on the surface of the sensor S5 for triaxial load measurement. Left and right 2 as “sensor S2 (front side) -sensor S1 (rear side)” on the right side and “sensor S4 (front side) -sensor S3 (rear side)” on the left side in the front-rear direction of the position in contact with the left and right curved convex surfaces f1. It shows what incorporated a total of 5 pieces.

ここでの1軸型荷重測定用と3軸型荷重測定用センサの数や組み合わせおよび配置については、図6のあくまでも一例であって、それらは関節部位の構造や測定データの質や量など応じて、任意に設定できるものである。
できるだけ広範な位置に数多く設置することで、より細かい荷重分布が測定できるし、また、3軸型荷重測定用センサの割合を多くすることによって、より精密で立体的な荷重分布が測定できるようになる。
The number, combination, and arrangement of sensors for uniaxial load measurement and triaxial load measurement here are merely examples of FIG. 6, and they depend on the structure of the joint part and the quality and quantity of measurement data. Can be set arbitrarily.
By installing as many as possible in a wide range of positions, a finer load distribution can be measured, and by increasing the proportion of sensors for triaxial load measurement, a more precise and three-dimensional load distribution can be measured. Become.

図5に示したものは、荷重測定用センサS1〜S5は有線式で接続されており、それぞれのセンサS1〜S5毎にコード(c1〜c5)が後方へ引き出されており、代替コンポーネント80は後方から出し入れするのに適する構成となっており、代替コンポーネント80は正規の取り付け位置に配設されて、正面にある「大腿四頭筋腱50−膝蓋骨51−膝蓋腱52」に影響されることなく、正常状態に保持されることができる。
なお、センサS1〜S5は有線式としているが、これに限らず、小さな電池等を内蔵してこれを電源として出力を無線で発信する無線式のものを利用することができる。この場合には導線とその接続が不要となるので、構造が簡単で施術のときにも邪魔にならないという利点がある。
In FIG. 5, the load measuring sensors S1 to S5 are connected in a wired manner, and cords (c1 to c5) are drawn backward for each of the sensors S1 to S5. It is configured to be inserted / removed from the rear, and the substitute component 80 is disposed at a normal attachment position and is affected by “quadriceps tendon 50-patella 51-patellar tendon 52” on the front. And can be kept in a normal state.
The sensors S1 to S5 are wired. However, the present invention is not limited to this, and a wireless sensor that incorporates a small battery or the like and uses it as a power source to transmit output wirelessly can be used. In this case, since the conducting wire and its connection become unnecessary, there is an advantage that the structure is simple and does not get in the way during the treatment.

図5の代替コンポーネント80は、人口関節として脛骨40に連結接合される脛骨側コンポーネント20に代わるものとして設計されており、人口関節施術時の荷重の測定が済めば正規の脛骨側コンポーネント20に取り替えられるものである。
この代替コンポーネント80としては、実際の脛骨側コンポーネント20と同じ形状のものを製作し、これに荷重測定用センサを組み入れて、これを代替コンポーネント80として用いることも可能である。
The alternative component 80 in FIG. 5 is designed to replace the tibial component 20 connected and joined to the tibia 40 as a prosthetic joint, and can be replaced with the regular tibial component 20 after the measurement of the load during the artificial joint operation is completed. It is what
As this alternative component 80, a component having the same shape as that of the actual tibial component 20 can be manufactured, and a sensor for measuring a load can be incorporated therein and used as the alternative component 80.

図6において、左右に2個ずつ並列に配置されたセンサS1〜S4は1軸型荷重測定用センサであり、上下方向「(z+)←→(z−)」の荷重だけを測定する。また、中央に配置されたセンサS5は3軸型荷重測定用センサであり、上下方向「(z+)←→(z−)」、左右方向「(x+)←→(x−)」、前後方向「(y+)←→(y−)」という3方向、すなわちxyz3軸(3次元)の荷重を測定する。   In FIG. 6, two sensors S1 to S4 arranged in parallel on the left and right are uniaxial load measuring sensors, and measure only the load in the vertical direction “(z +) ← → (z−)”. Further, the sensor S5 arranged at the center is a triaxial load measuring sensor, and the vertical direction “(z +) ← → (z−)”, the horizontal direction “(x +) ← → (x−)”, the front-rear direction. The load in three directions “(y +) ← → (y−)”, that is, xyz 3-axis (three-dimensional) is measured.

次に、図7−10を用いて、この代替コンポーネント80によって置換する人工膝関節の靱帯バランスをセンサS1−S5を用いて測定した事例について説明する。
この靱帯バランスの測定は、骨切りをした後に所定の大腿骨側コンポーネント10と脛骨側コンポーネント20とをインプラントして組み込んだ後に行う。この場合、大腿骨側コンポーネント10はそのままのものを使用するが、脛骨側コンポーネント20は上記してきたように代替コンポーネント80に置換して使用する。この代替コンポーネント80にはセンサS1〜S5が組み入れられているので、これらのセンサによって荷重の測定を開始する。
Next, an example in which the ligament balance of the artificial knee joint to be replaced by the substitute component 80 is measured using the sensors S1 to S5 will be described with reference to FIGS.
The measurement of the ligament balance is performed after implanting and incorporating a predetermined femoral component 10 and tibial component 20 after osteotomy. In this case, the femoral component 10 is used as it is, but the tibial component 20 is used by replacing with the substitute component 80 as described above. Since this alternative component 80 incorporates the sensors S1 to S5, the load measurement is started by these sensors.

図7は、図6のようにセンサS1〜S5が配置された代替コンポーネント80を人工膝関節に組み込んだ状態で、その膝関節を屈曲する動作を行わせ、それに伴って変動する荷重をセンサ毎に測定した事例のデータを示すものであり、縦軸が歪み(με)で縦軸が時間(Sec)を示す。
また、図7(上)はセンサS1〜S4それぞれのz方向のみの荷重変化図であり、図7(下)はセンサS5のx−y−z方向の3軸の荷重変化図である。
FIG. 7 shows a state in which the substitute component 80 in which the sensors S1 to S5 are arranged as shown in FIG. The data of the example measured are shown in FIG. 1. The vertical axis represents strain (με) and the vertical axis represents time (Sec).
Further, FIG. 7 (upper) is a load change diagram of each of the sensors S1 to S4 only in the z direction, and FIG. 7 (lower) is a three-axis load change diagram of the sensor S5 in the xyz direction.

図7(上)によれば、1軸型荷重測定用のセンサS1〜S4のうちの図6の左上のセンサS4の変動が最も大きく、センサS4の付近のz+方向(上下の下)により大きく荷重が与えられていることがわかる。そしてこのとき、図6中央のセンサS5も荷重変動しており、z+方向(上下の下)の荷重が大きいことはセンサS4と同様であるが、そのつぎにx+方向(左右の左)にかかる荷重が大きく、さらにy−方向(前後の後)にかかる荷重も多少あることがデータから明らかであり、膝関節の左方向に荷重が加えられ動作であることがわかる。   According to FIG. 7 (upper), the fluctuation of the sensor S4 in the upper left of FIG. It can be seen that a load is applied. At this time, the load of the sensor S5 in the center of FIG. 6 also fluctuates and the load in the z + direction (up and down) is the same as that of the sensor S4, but then it is applied in the x + direction (left and right). It is clear from the data that the load is large and that some load is applied in the y-direction (back and forth), and it can be seen that the operation is performed by applying a load in the left direction of the knee joint.

この図7によれば、z方向のみの荷重変化を測定するセンサS1〜S4に加えて、xyz方向の3軸の荷重変化を測定するセンサS5を用いることにより、センサS5による「x+/x−方向(左右)」にかかる荷重と、「y+/y−方向(左右)」にかかる荷重とを測定することができるので、3次元的測定によって立体的で精密で実際の構造に近い形態で関節部の荷重分布を判定することができる。   According to FIG. 7, in addition to the sensors S1 to S4 that measure the load change only in the z direction, the sensor S5 that measures the triaxial load change in the xyz direction is used. The load applied to the "direction (left and right)" and the load applied to the "y + / y-direction (left and right)" can be measured, so that the joint is three-dimensionally measured with precision and close to the actual structure. The load distribution of the part can be determined.

次の図8−10は、図7の膝関節の屈曲動作とは異なる状態における、センサS5のみの荷重変動を示す図である。
まず図8の測定データでは、「z+方向(上下方向の下)」と「y+方向(前後方向の前)」により大きく荷重が与えられており、「x方向(左右方向)」にはほとんど荷重変動が認められないので、「y+方向(前後方向の前)」に主に荷重が加えられている状態と判断することができる。
Next, FIGS. 8-10 is a figure which shows the load fluctuation of only sensor S5 in the state different from the bending | flexion operation | movement of the knee joint of FIG.
First, in the measurement data of FIG. 8, a large load is applied in the “z + direction (downward in the vertical direction)” and “y + direction (in front of the front / rear direction)”, and almost no load is applied in the “x direction (left / right direction)”. Since fluctuation is not recognized, it can be determined that a load is mainly applied in the “y + direction (front-rear direction front)”.

次の図9の測定データでは、「z+方向(上下方向の下)」への荷重は大きいが、「x−方向(前後方向の後)」にある程度の荷重変化が認められ、「y方向(左右方向)」ではほとんど荷重が変動していないので、「x−方向(前後方向の後)」に荷重が加えられている状態と判断することができる。
さらに、図10の測定データでは、「z+方向(上下方向の下)」への荷重は大きく、「x方向(左右方向)」での荷重の変化は少なく、「y−方向(前後方向の後)」でもかなりの荷重変動があるので、「y−方向(前後方向の後)」に荷重が加えられている状態と判断することができる。
In the measurement data of FIG. 9, the load in the “z + direction (downward in the vertical direction)” is large, but some load change is recognized in the “x− direction (after the front-back direction)”. Since the load hardly fluctuates in the “left-right direction”, it can be determined that the load is applied in the “x-direction (after the front-rear direction)”.
Furthermore, in the measurement data of FIG. 10, the load in the “z + direction (downward in the vertical direction)” is large, and the change in the load in the “x direction (horizontal direction)” is small. However, since there is a considerable load fluctuation, it can be determined that a load is applied in the “y-direction (after the front-rear direction)”.

本発明では、図6のような代替コンポーネント80に組み込まれた荷重測定用センサS1〜S5を人口膝関節に代替して組み入れることによって、図7−10のような測定データが得られた。これらの荷重測定用センサS1〜S5のうち、センサS1〜S4はz方向のみの荷重を測定するが、中央のセンサS5はx−y−z方向の3軸方向(3次元)の荷重変化を測定できる。
また、3軸方向(3次元)の荷重を測定するセンサにより、「x−y−z」方向の3軸の荷重変化図を表示するにあたり、図7(下)、図8〜10では、平面上における3本線のグラフ図として2次元的に表示しているが、むしろ3次元のベクトル波形として立体的に表示されることが好ましく、施術中の画面上でそのように表示されれば、施術者にとっても理解しやすい。
In the present invention, the measurement data as shown in FIG. 7-10 is obtained by incorporating the load measuring sensors S1 to S5 incorporated in the substitute component 80 as shown in FIG. 6 instead of the artificial knee joint. Among these load measuring sensors S1 to S5, the sensors S1 to S4 measure the load only in the z direction, but the center sensor S5 exhibits a change in load in the three axial directions (three dimensions) in the xyz direction. It can be measured.
Further, in displaying the three-axis load change diagram in the “xyz” direction by the sensor for measuring the load in the three-axis direction (three-dimensional), in FIG. 7 (lower) and FIGS. Although it is displayed two-dimensionally as the above three-line graph diagram, it is preferable that it is displayed three-dimensionally as a three-dimensional vector waveform, and if it is displayed as such on the screen during treatment, Easy to understand.

このように、配設する複数のセンサのうち、少なくとも一つのセンサを3軸型荷重測定用センサとすることにより、3次元方向の荷重測定を行い、立体的で精密で実際の荷重構造に近い形態で、関節部の荷重分布を認識して判定することができるようになり、人口関節の置換後の状態を手術前の状態に容易に近似させることができ、人口関節を施術する技術の向上に大きく寄与することができる。   As described above, by using at least one of the plurality of sensors as a triaxial load measuring sensor, the load is measured in a three-dimensional direction, and is three-dimensionally precise and close to an actual load structure. In the form, it becomes possible to recognize and determine the load distribution of the joint part, the state after replacement of the artificial joint can be easily approximated to the state before the operation, and the technique for performing the artificial joint is improved. Can greatly contribute.

本発明の実施例としては、配設する5つのセンサのうち、1つのセンサを3軸型荷重測定用センサ、4つのセンサを1軸型荷重測定用センサとしたものについて説明したが、センサのうちの3軸型荷重測定用センサをより多く用いることが好ましい。
また、3軸型荷重測定用センサでは、xyz軸として、「上下方向」「左右方向」「前後方向」の互いに90度で交わる3次元軸として設定したが、他の方向を3次元軸とすることも可能である。
なお、現在普及している3軸型荷重測定用センサは、高価であって形状もやや大形のものであるので、構造性、適合性、コストアップなどで問題が生じないように設計されることが望まれる。
As an embodiment of the present invention, among the five sensors to be arranged, one sensor is a triaxial load measuring sensor, and four sensors are uniaxial load measuring sensors. It is preferable to use more of these three-axis type load measuring sensors.
In the three-axis load measuring sensor, the xyz axis is set as a three-dimensional axis that intersects each other at 90 degrees in the “vertical direction”, “left-right direction”, and “front-rear direction”. It is also possible.
The three-axis type load measuring sensor that is currently popular is expensive and has a slightly larger shape, so it is designed so as not to cause problems in terms of structure, compatibility, and cost increase. It is desirable.

図11は、3軸型荷重測定用センサを含む複数のセンサを用いる計測システムのブロック図である。センサ(S1〜S5の5個)の計測値を増幅器(AMP)91で増幅し、それをAD変換器92でデジタル信号に変え、さらにマイコン93(MC)に入力し、このマイコン93に入力されたこれらのデータは、パソコン(PC)94に送られる。このとき、MC93には、膝の屈伸角度を計測するアングルセンサを膝関節の外側に取り付けておいて、その計測値をAD変換器92を通して入力することも可能である。   FIG. 11 is a block diagram of a measurement system using a plurality of sensors including a triaxial load measurement sensor. The measured values of the sensors (5 of S1 to S5) are amplified by an amplifier (AMP) 91, converted into a digital signal by an AD converter 92, further input to a microcomputer 93 (MC), and input to the microcomputer 93. These data are sent to a personal computer (PC) 94. At this time, an angle sensor for measuring the knee flexion / extension angle may be attached to the MC 93 outside the knee joint, and the measured value may be input through the AD converter 92.

PC94はディスプレイを有して画面表示することができる。画面には、荷重センサ(S1〜S5)5個を取り付けた図5(2)と同様の代替コンポーネント80の平面図とそのセンサ配置図とが表示され、各センサS1〜S5による荷重の計測値がそれぞれの位置に表示される。
また、平面図の画像には、各荷重センサS1〜S5から送られたデータを基にしてMC93が計算した重心位置(G)がドットマトリックスで表示される。
そして、表示画面には、アングルセンサで計測した「膝の屈伸角度」、荷重センサS1〜S5の計測値を総和した「全荷重」、「重心座標」の座標値なども表示されるようにするとよい。
なお、ここで荷重測定のために取り込まれたデータは、PC94に保存される。
The PC 94 has a display and can display a screen. On the screen, a plan view of an alternative component 80 similar to that shown in FIG. 5 (2) with five load sensors (S1 to S5) attached and a sensor layout diagram thereof are displayed, and measured values of loads by the sensors S1 to S5. Is displayed at each position.
In the plan view image, the center of gravity (G) calculated by the MC 93 based on the data sent from the load sensors S1 to S5 is displayed in a dot matrix.
Then, on the display screen, the “knee flexion / extension angle” measured by the angle sensor, the “total load” obtained by summing up the measurement values of the load sensors S1 to S5, the coordinate value of “center of gravity coordinates”, and the like are also displayed. Good.
Here, the data taken in for the load measurement is stored in the PC 94.

本発明のでは人口関節構造では、人口関節の施術者が、人工膝関節置換の施術中に、置換された人工膝関節を適宜に動作させてみて、荷重測定用センサーから得られた荷重分布データに基づいて表示されたディスプレイから、その周辺の荷重が適正なバランスを獲得しているか否かを容易に判断することができる。
そして、それらの荷重分布データに基づいて、人工膝関節の構造に合わせて関節を切除して調整したり、関節にあわせて人工膝関節を切除して調整したりし、置換され人工膝関節が生体膝関節と同等なスムーズな関節運動が確保するように施術をすることができる。
さらに、測定された荷重分布データは客観的でそれを判定する作業も容易となり、人工関節の置換施術において、施術者の経験、勘、主観、熟練度などに頼る施術から、客観的で信頼性の高い荷重データ分布に基づく施術へと変換させ、人工関節の内側と外側の軟部組織のバランスを定量的で3次元的に測定して評価できる人工関節構造を提供することができる。
In the artificial joint structure of the present invention, the artificial joint practitioner operates the replaced artificial knee joint appropriately during the artificial knee joint replacement operation, and loads distribution data obtained from the load measurement sensor From the display displayed based on the above, it is possible to easily determine whether or not the surrounding load has acquired an appropriate balance.
Based on the load distribution data, the joint is excised and adjusted according to the structure of the artificial knee joint, or the artificial knee joint is excised and adjusted according to the joint. The treatment can be performed so as to ensure smooth joint movement equivalent to that of a living knee joint.
Furthermore, the measured load distribution data is objective and makes it easy to judge the load distribution data, and in the replacement of the artificial joint, the operation depends on the experience, intuition, subjectivity, skill level, etc. Therefore, it is possible to provide an artificial joint structure that can be converted into a treatment based on a high load data distribution, and that the balance between the soft tissue inside and outside the artificial joint can be quantitatively measured and evaluated three-dimensionally.

人工関節を膝関節に適用した例を示し、膝の側面から見たときの人工関節構造100である。An example in which an artificial joint is applied to a knee joint is shown, and the artificial joint structure 100 is seen from the side of the knee. 図1の人工関節構造100を膝の裏面から見たときの図である。It is a figure when the artificial joint structure 100 of FIG. 1 is seen from the back surface of the knee. 本発明の人工関節構造で用いられる大腿骨側コンポーネント10と分解された脛骨側コンポーネント20を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the femoral side component 10 used by the artificial joint structure of this invention, and the tibial side component 20 decomposed | disassembled. 本発明の人工関節構造で用いられる脛骨側コンポーネント20を示す外観斜視図である。It is an external appearance perspective view which shows the tibial component 20 used with the artificial joint structure of this invention. 本発明の人工関節構造で用いられる代替コンポーネント80を示す構造説明図である。It is structure explanatory drawing which shows the alternative component 80 used with the artificial joint structure of this invention. 本発明の人工関節構造で用いられる荷重測定センサが組み込まれた部材を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the member incorporating the load measurement sensor used with the artificial joint structure of this invention. 本発明の人工関節構造で用いられる荷重測定センサによる第1の測定データを示す図である。It is a figure which shows the 1st measurement data by the load measurement sensor used with the artificial joint structure of this invention. 同じく荷重測定センサによる第2の測定データを示す図である。It is a figure which similarly shows the 2nd measurement data by a load measurement sensor. 同じく荷重測定センサによる第3の測定データを示す図である。It is a figure which similarly shows the 3rd measurement data by a load measurement sensor. 同じく荷重測定センサによる第4の測定データを示す図である。It is a figure which similarly shows the 4th measurement data by a load measurement sensor. 本発明の人工関節構造で用いられる荷重測定センサによる測定システムの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the measurement system by the load measurement sensor used with the artificial joint structure of this invention. 人体の膝関節の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the knee joint of a human body.

符号の説明Explanation of symbols

100 人工関節構造
10 大腿骨側コンポーネント
20 脛骨側コンポーネント
f1 大腿骨側コンポーネントの上向きの湾曲凸面(第1湾曲面)
f2 脛骨側コンポーネントの下向きの湾曲凹面(第2湾曲面)
A 脛骨コンポーネントの関節面プレート
B 脛骨コンポーネントの基体プレート
80 代替コンポーネント
81、82 代替コンポーネントのプレート部材
F2 代替コンポーネントの外側の上面
S1〜S4 1軸型荷重測定用センサ
S5 3軸型荷重測定用センサ
30 大腿骨
40 脛骨
50 大腿四頭筋腱
51 膝蓋骨
52 膝蓋腱
60、61 側副靭帯
62 半月板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Artificial joint structure 10 Femoral side component 20 Tibial side component f1 Upward curved convex surface (1st curved surface) of femoral side component
f2 Downward curved concave surface of the tibial component (second curved surface)
A Tibial component articular surface plate B Tibial component base plate 80 Alternative components
81, 82 Plate member of substitute component F2 Upper surface of outside of substitute component S1-S4 Sensor for uniaxial load measurement S5 Sensor for triaxial load measurement 30 Femur 40 Tibial
50 quadriceps tendon 51 patella 52 patella tendon 60, 61 collateral ligament 62 meniscus

Claims (3)

第1の骨と第2の骨の端部が組み合わされて屈曲および伸展運動を行う関節部が、人工関節に置換されて構成される人工関節構造において、
前記第1の骨の側に連結される第1コンポーネントと、
前記第2の骨の側に連結される第2コンポーネントと、を備え、
前記第1コンポーネントと第2コンポーネントとは、双方の湾曲面同士が接触して回動し、関節動作を行うように構成され、
前記第1コンポーネントまたは第2コンポーネントのいずれか一方は、代替して組み込むための代替コンポーネントと置換可能な構成を備え、
前記代替コンポーネントの所定位置には、組み込まれたときに周囲から受ける荷重を測定するための荷重測定用センサを複数配設し、
前記複数のセンサは、少なくとも1つの3軸型荷重測定用センサを含んで構成される、ことを特徴とする人工関節構造。
In the artificial joint structure in which the joint portion configured to bend and extend by combining the ends of the first bone and the second bone is replaced with an artificial joint,
A first component coupled to the first bone side;
A second component coupled to the side of the second bone,
The first component and the second component are configured such that both curved surfaces come into contact with each other and rotate to perform a joint operation,
Either one of the first component or the second component has a configuration that can be replaced with an alternative component to be incorporated instead.
A plurality of load measuring sensors for measuring the load received from the surroundings when installed in the alternative component are disposed,
The artificial joint structure, wherein the plurality of sensors includes at least one triaxial load measuring sensor.
大腿骨と脛骨の両端部が半月板を挟んで組み合わされて膝の屈曲および伸展運動を行う膝の関節部が、人工関節に置換されて構成される人工関節構造において、
前記大腿骨の側に連結される第1コンポーネントと、
前記脛骨の側に連結される第2コンポーネントと、を備え、
前記第1コンポーネントは第1湾曲面を、前記第2コンポーネントは第2湾曲面を有して、双方の湾曲面同士が接触して回動し、膝の関節動作を行うように構成され、
前記第2コンポーネントは、代替して組み込むための代替コンポーネントと置換可能な構成を備え、
前記関節部は、前記大腿骨に結合された大腿四頭筋腱と、前記脛骨に結合された膝蓋腱と、その間の膝蓋骨と、を有し、
前記代替コンポーネントの所定位置には、組み込まれたときに周囲から受ける荷重を測定するために、少なくとも1つの3軸型荷重測定用センサを含む複数の荷重測定用センサを配設する、ことを特徴とする人工関節構造。
In the artificial joint structure in which both the ends of the femur and tibia are combined with the meniscus sandwiched to perform knee flexion and extension movement, the knee joint is replaced with an artificial joint.
A first component coupled to the side of the femur;
A second component coupled to the side of the tibia,
The first component has a first curved surface, the second component has a second curved surface, both curved surfaces are in contact with each other, and are configured to perform knee joint movement,
The second component comprises a configuration that can be replaced with an alternative component for alternative incorporation;
The joint includes a quadriceps tendon coupled to the femur, a patella tendon coupled to the tibia, and a patella therebetween.
A plurality of load measuring sensors including at least one triaxial load measuring sensor is disposed at a predetermined position of the substitute component in order to measure a load received from the surroundings when the substitute component is mounted. Artificial joint structure.
請求項2に記載の人工関節構造において、
前記膝蓋骨に、周囲から受ける荷重を測定するための荷重測定用センサを配設する、ことを特徴とする人工関節構造。
The artificial joint structure according to claim 2,
A load measuring sensor for measuring a load received from the surroundings is disposed on the patella.
JP2008235110A 2008-09-12 2008-09-12 Artificial joint structure Pending JP2010063783A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008235110A JP2010063783A (en) 2008-09-12 2008-09-12 Artificial joint structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008235110A JP2010063783A (en) 2008-09-12 2008-09-12 Artificial joint structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010063783A true JP2010063783A (en) 2010-03-25

Family

ID=42189897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008235110A Pending JP2010063783A (en) 2008-09-12 2008-09-12 Artificial joint structure

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010063783A (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013212375A (en) * 2012-03-31 2013-10-17 Depuy Synthes Products Llc System and method for verifying orthopedic surgery plan
JP2015504316A (en) * 2011-09-23 2015-02-12 オルソセンサー・インコーポレイテッドOrthosensor, Inc. Hermetically sealed appliance component and method therefor
CN106999289A (en) * 2014-12-11 2017-08-01 思想外科有限公司 Measurement tibial trial for knee replacements
US10206792B2 (en) 2012-03-31 2019-02-19 Depuy Ireland Unlimited Company Orthopaedic surgical system for determining joint forces of a patients knee joint

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007054488A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Nakashima Propeller Co Ltd Tensor to be used in joint replacement operation
JP2008510584A (en) * 2004-08-25 2008-04-10 ユーティーバッテル エルエルシー Bio-orthopedic implant diagnostic device for sensing load, wear, and infection
JP2008529736A (en) * 2005-02-18 2008-08-07 レイ シー ワシルースキー Smart joint implant sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008510584A (en) * 2004-08-25 2008-04-10 ユーティーバッテル エルエルシー Bio-orthopedic implant diagnostic device for sensing load, wear, and infection
JP2008529736A (en) * 2005-02-18 2008-08-07 レイ シー ワシルースキー Smart joint implant sensor
JP2007054488A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Nakashima Propeller Co Ltd Tensor to be used in joint replacement operation

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015504316A (en) * 2011-09-23 2015-02-12 オルソセンサー・インコーポレイテッドOrthosensor, Inc. Hermetically sealed appliance component and method therefor
JP2013212375A (en) * 2012-03-31 2013-10-17 Depuy Synthes Products Llc System and method for verifying orthopedic surgery plan
US10098761B2 (en) 2012-03-31 2018-10-16 DePuy Synthes Products, Inc. System and method for validating an orthopaedic surgical plan
US10206792B2 (en) 2012-03-31 2019-02-19 Depuy Ireland Unlimited Company Orthopaedic surgical system for determining joint forces of a patients knee joint
US11051955B2 (en) 2012-03-31 2021-07-06 DePuy Synthes Products, Inc. System and method for validating an orthopaedic surgical plan
US11096801B2 (en) 2012-03-31 2021-08-24 Depuy Ireland Unlimited Company Orthopaedic surgical system for determining joint forces of a patient's knee joint
CN106999289A (en) * 2014-12-11 2017-08-01 思想外科有限公司 Measurement tibial trial for knee replacements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4522343B2 (en) Tensor used for joint replacement
US8065927B2 (en) Device for measuring tibio-femoral force amplitudes and force locations in total knee arthroplasty
US9248030B2 (en) Device and method of spacer and trial design during joint arthroplasty
Jabran et al. Biomechanical analysis of plate systems for proximal humerus fractures: a systematic literature review
US11419737B2 (en) Orthopedic leg alignment system and method
JP6185557B2 (en) Tibial prosthesis system, kit, and method
JP2015502766A (en) System and method for vertebral load and location detection
JP2007167318A (en) Joint load reliever inspection device
Fischer et al. Patient-specific musculoskeletal modeling of the hip joint for preoperative planning of total hip arthroplasty: a validation study based on in vivo measurements
US20220323154A1 (en) Patient-specific arthroplasty system
JP2010063783A (en) Artificial joint structure
US20240050233A1 (en) Machine learning based joint evaluation method
US20230390080A1 (en) Joint soft tissue evaluation method
Kang et al. Biomechanical characteristics of three baseplate rotational arrangement techniques in total knee arthroplasty
Iwamoto et al. In vivo kinematics of three-component mobile-bearing total ankle replacement in rheumatoid ankle with talocalcaneal arthrodesis and spontaneous talocalcaneal fusion
WO2020008270A2 (en) Patient-specific arthroplasty system
CN112263330B (en) Method for arranging sensor on knee joint prosthesis gasket
Aslani Investigating the ideal deltoid kinematics and tension in reverse shoulder arthroplasty (RSA).
Ascani Individualised Modelling for Preoperative Planning of Total Knee Replacement Surgery
Kassi Musculoskeletal loading and pre-clinical analysis of primary stability after cementless total hip arthroplasty in vitro
John The effect of medial unicompartmental knee replacements on the kinetic and kinematic parameters of the knee: The role of alignment and the effect of articular surface on regulation of medial compartment loading
da Luz Development of a complete lower-limb subject-specific MRI-based skeletal-joint model
SHAH BIOMECHANICAL STUDY & DEVELOPMENT OF PARAMETRIC CAD MODEL FOR KNEE IMPLANT
Crottet A force-sensing device for assistance in soft-tissue balancing during knee arthroplasty

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110902

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130212

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130702